JP3581455B2 - メタルハライドランプとその点灯装置および投光装置ならびにプロジェクタ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流点灯されるメタルハライドランプとそのランプの点灯装置およびこのランプを光源とした投光装置ならびにプロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ショートア−クメタルハライドランプは、例えばカラー液晶プロジェクタ装置における投光装置用の光源として使用されている。カラー液晶プロジェクタ装置は、光源であるランプとこのランプから放射された光を反射するリフレクタとで投光装置が構成されており、この投光装置から投射された光が液晶表示パネルに照射し、この液晶表示パネルを透過した光が光学系により制御されてスクリーン面に投影されるようになっている。この場合、液晶表示パネルは各画素に対応してＲＧＢのカラーフィルタを備えており、液晶表示パネルを透過する光はこのカラーフィルタによりＲＧＢのいずれかに選択され、したがってＲＧＢのカラー光線がスクリーン面に投射されることから、スクリーン面には液晶表示パネルで制御された画像のカラー映像が写し出されることになる。
【０００３】
このようなカラー液晶プロジェクタ装置の光源としては、光学系における制御の容易さから点光源に近いことが望まれ、しかも低電力の割りには大光量が得られて豊富な光を放出し、加えて赤、青、緑の成分を効率よく放射し、さらには熱の発生が少ない等の条件を満足し得るランプが必要である。このような条件を満たすランプとして、ショートアークメタルハライドランプが好適する。
【０００４】
ショートアークメタルハライドランプは、石英ガラスからなる発光管の両端に電極を設けるとともに、この発光管の内部に、発光金属として金属ハロゲン化物と、緩衝金属としての水銀およびアルゴン等の希ガスを封入してある。このようなランプは、電極間距離Ｌが１０ｍｍ以下、好ましくは３〜７ｍｍとされており、これら電極間に発生するアーク放電が短いことからショートアークタイプと称されている。そして、点灯中は１００Ｗ〜４００Ｗの電力により管壁負荷（入力電力Ｗを発光管の内表面積で除した値）が３０〜１００Ｗ／ｃｍ２ 程度の大きな負荷条件で使用される。
【０００５】
したがって、このようなメタルハライドランプであればアークが短いことから点光源に近くなり、しかも低電力の割りには大光量を得ることができる。
また、この種のショートアークメタルハライドランプに封入される金属ハロゲン化物としては、ジスプロシウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、ホルミウムＨｏ、ツリウムＴｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、インジウムＩｎ、タリウムＴｌ、ガリウムＧａ、亜鉛Ｚｎ、カドミウムＣｄから選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物とが選択して使用されている。
【０００６】
ジスプロシウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、ホルミウムＨｏ、ツリウムＴｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物は、可視光全般に亘る連続スペクトルの光出力を発するので、演色性の向上に有効であり、またインジウムＩｎ、タリウムＴｌ、ガリウムＧａ、亜鉛Ｚｎ、カドミウムＣｄから選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物は、光の３原色であるＲＧＢのそれぞれ波長域にピーク波長を有し、これらＲＧＢの光を効率よく放射するのに適している。
【０００７】
しかしながら、このようなメタルハライドランプは、特に希土類金属が石英と反応して失透を生じ易く、特に管壁負荷が高い状態で点灯すると石英と希土類金属の反応が促進されて早期に光束が低下するという問題がある。これを解消するため、最近のショートアークメタルハライドランプは直流点灯するようにしている。
【０００８】
メタルハライドランプを直流点灯すると、放電空間内でイオン化された金属ハロゲン化物のうちの希土類金属を主とする陰イオンが陽極に引かれるとともに陽イオンおよび水銀が陰極に引かれ、いわゆるカタホリシス現象により陰イオンと陽イオンに分離される。このため、希土類金属を主とする陰イオンが陽極に引かれて石英壁の付近に存在するのが抑制され、よって希土類金属と石英との反応が抑止されて早期失透を防止し、光束維持率が向上するようになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような直流点灯形のショートアークメタルハライドランプは、点灯中に陽極となる電極に熱電子が衝突するため陽極の温度が高くなり、陽極の温度が過度に上昇すると徐々に浸蝕されて変形するなどの問題がある。これを防止するため、通常、陽極を陰極に比べて大形にしてある。しかし、ショートアークメタルハライドランプは放電空間が小さいため陽極を大形化するには限度があり、このため陽極の温度が陰極に比べて高くる傾向にある。この陽極の熱はこの陽極が封止された方の封止部に輻射熱および伝導熱として伝わり、発光管全体では陽極側の発光管壁が陰極側に比べて温度上昇し、よって全体として温度差が発生する。
【００１０】
発光管壁に温度差が発生すると、熱歪みの発生が心配されるばかりでなく、放電空間の内面に温度差が生じるので金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、発光特性に影響を及ぼすなどの不具合が心配される。
【００１１】
特に、発光物質としてジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物を用いる場合は、この種の希土類金属ハロゲン化物は蒸気圧を十分に高くする必要があり、よって最冷部温度を高くするように配慮されている。その手段の１つとして、管壁負荷を高くして管壁温度を高くして点灯している。しかし、発光管壁に温度差が生じると、最冷部が発生し、しかもこの最冷部の温度が上昇せずに十分な蒸気圧が得られなくなることがあり、発光効率がばらつくなどの不具合がある。
【００１２】
また、陰極側の温度が低くなると、消灯した場合に金属ハロゲン化物が最冷部に凝集することによる陰極を覆うようになり、再始動の場合に電子の放出を妨げて始動電圧を高くしたり、陰極の根元で放電を起こすなどの不具合も心配される。
【００１３】
本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、気密容器に温度差が生じないようにし、安定した発光特性が得られるメタルハライドランプとその点灯装置および投光装置ならびにプロジェクタ装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電極間距離が１０mm以下で点灯されるメタルハライドランプにおいて、上記電極間の中心位置が、これら電極が対向された方向の放電空間の内端部の間の中心より陰極側に偏位されるとともに、上記気密容器の上記陰極側の外表面に保温被膜を形成し、この保温被膜は、一端が陰極側封止部の少なくとも一部を覆うとともに他端は陰極の突出方向に沿って気密容器の所定範囲を覆い、この保温被膜の他端は上記陰極の基端部から陰極の突出方向に沿う寸法Ｍ（ mm ）が、０．５≦Ｍ／Ｈ c ≦１．０であることを特徴とする。
【００１５】
請求項１の発明によれば、電極間の中心位置が陰極側に偏位されるから、陽極が相対的に陰極寄りに取り付けられることになり、よって陽極の熱が輻射や伝導により陰極側に伝えられる。また、陰極側の気密容器外面に保温被膜を設けたから、この保温被膜が陰極の温度上昇を助ける。したがって、気密容器においては陽極側と陰極側の温度差が少なくなる。このため金属ハロゲン化物の蒸発が安定になり、発光特性が良好になる。
また、保温被膜が、陰極の基端部から陰極の突出方向に沿う高さＭ（ mm ）を、０．５≦Ｍ／Ｌ c ≦１．０にしたから保温作用が良好になされ、また保温被膜で光を遮断する割合が少なくなる。
すなわち、Ｍ／Ｌ c が０．５未満であると、保温被膜を形成する領域が狭くて保温作用が期待できず、またＭ／Ｌ c が１．０を越えると保温被膜の領域が大きくなり過ぎ放電空間から発せられる光を大きく遮断して発光量が低下する。
【００１６】
請求項２の発明は、陰極が放電空間内へ突出する長さをＨｃ （ｍｍ）、上記電極が対向された方向の放電空間の内端部間の距離をａ（ｍｍ）とした場合、
０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４ としたことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプである。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、陰極の突出長さＨｃ （ｍｍ）と電極が対向された方向の放電空間の内端部間の距離ａ（ｍｍ）との関係を、 ０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４としたから、陽極が陰極側に偏位して設けられることになり、よって陽極の熱が輻射や伝導により陰極側に伝えられ、気密容器の温度差が少なくなる。
【００１８】
Ｈｃ ／ａの値が０．２未満であると陽極が陰極側に偏り過ぎてむしろ陰極側の発光管温度が高くなり、よって温度差により金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。また、Ｈｃ ／ａの値が０．４を越えると、陽極の偏りが少なくなるため陽極側発光管の温度が高くなる。よってこの場合も発光管に生じる温度差のため金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。
【００２２】
請求項３の発明は、管壁負荷が３０Ｗ／cm2 以上で点灯されることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のメタルハライドランプである。
請求項３の発明によれば、管壁負荷が３０Ｗ／cm2 以上で点灯されるから管壁の温度が高くなり、発光金属の蒸発を促して発光効率が良くなる。
【００２３】
請求項４の発明は、一対の電極を結ぶ線が略水平となるように点灯されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載のメタルハライドランプである。
【００２４】
請求項４の発明によれば、上記ランプが水平点灯されるから、陽極側と陰極側で温度差を生じ易いが、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明を採用すれば、水平点灯であっても温度差を小さくすることができる。
【００２５】
請求項５の発明は、金属ハロゲン化物が少なくともジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載のメタルハライドランプである。
【００２６】
請求項５の発明によれば、金属ハロゲン化物として、少なくともジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物を用いたから管壁負荷を高くして点灯すれば、高効率および高演色が実現できる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一に記載のメタルハライドランプと；このメタルハライドランプを直流点灯させる点灯手段と；を備えたことを特徴とする点灯装置である。
【００２８】
請求項６の発明によれば、上記ランプの特性を生かした点灯装置を提供することができる。
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一に記載のメタルハライドランプと；上記メタルハライドランプが収容され、このランプから放射される光が反射されるリフレクタと；を具備し、上記メタルハライドランプはランプ軸がリフレクタの光軸に沿うように配置されるとともに、陽極がリフレクタの頂部側に配置されるとともに、陰極がリフレクタの開口部側に配置されたことを特徴とする投光装置である。
【００２９】
請求項７の発明によれば、光源としてのメタルハライドランプが高輝度で点光源に近いからリフレクタによる反射制御が容易になり、集光率を高めることができる。しかも、陽極がリフレクタの頂部側に配置されるとともに、陰極がリフレクタの開口部側に配置されるから、陰極側から発せられる輝度の高い光をリフレクタの反射面で効果的に反射することができ、投光効率が良くなる。
【００３０】
請求項８の発明は、保温被膜が陰極の先端と上記レフレクタの有効反射面の最外郭線とを結ぶ線上に存在しないことを特徴とする請求項７に記載の投光装置である。
【００３１】
請求項８の発明によれば、保温被膜が陰極の先端と上記レフレクタの有効反射面の最外郭線とを結ぶ線上に存在しないから、気密容器の放電空間からレフレクタの有効反射面に発せられる光を保温被膜が遮断せず、よって投光効率が良くなる。
【００３２】
請求項９の発明は、請求項７または請求項８に記載の投光装置と；この投光装置から照射される光で投影される表示装置と；を含むことを特徴とするプロジェクタ装置である。
請求項９の発明によれば、請求項７または請求項８の投光装置を用いるのでスクリーン面の輝度を高めることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき説明する。
図１は、ショートアークメタルハライドランプ１とリフレクタ３とを組み合わせた投光装置５０の構造を示す。
【００３４】
上記ショートアークメタルハライドランプ１は定格ランプ電力２５０Ｗであり、石英ガラスからなる気密容器、つまり発光管２０を備えている。この発光管２０は楕円形の放電空間を有している。すなわち、発光管２０は肉厚が１．２ｍｍ、放電空間の長径ａ（電極が対向された方向の内端部間の距離）がほぼ１４．０ｍｍ、短径ｂがほぼ１２ｍｍ程度とされており、放電空間の内表面はほぼ５．０ｃｍ２ 、内容積がほぼ０．９ｃｃとなっている。この放電空間には一対の電極２１ａ、２１ｂが設けられている。これら電極２１ａ、２１ｂはそれぞれ陽極２１ａおよび陰極２１ｂであり、これら陽極２１ａと陰極２１ｂは、これらの電極間距離Ｌが１０ｍｍ以下、例えば３．０ｍｍとなるように対設されている。
【００３５】
陽極２１ａは先端部に大形の電極主体部２１ａａを備え、この電極主体部２１ａａに連続して電極軸部２１ａｂを有している。電極主体部２１ａａは線径２．３ｍｍ、長さ６．０ｍｍ程度のタングステンからなり、電極軸部２１ａｂは上記電極主体部２１ａａと一体に形成され線径が１．１ｍｍ程度になっている。なお、この陽極２１ａの放電空間への突出長さは、６．５ｍｍとされている。
【００３６】
陰極２１ｂは直線状のタングステンワイヤからなり、線径が例えば０．７ｍｍとされている。この陰極２１ｂが放電空間内へ突出する長さＨｃ （ｍｍ）は、これら一対の電極２１ａ、２１ｂが対向された方向の放電空間の内端部間距離、すなわち楕円の長径寸法ａ（ｍｍ）との関係を、
０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４ …（１）
とされており、本実施例ではＨｃ （ｍｍ）が４．５ｍｍとされている。
【００３７】
以上のことから、これら電極２１ａ、２１ｂ間の中心位置Ｐは、これら電極２１ａ、２１ｂが対向された方向の放電空間の内端部間距離、すなわち楕円の長径ａの中心よりも陰極２１ｂ側に偏位されている。
【００３８】
上記電極２１ａ，２１ｂは、発光管２０の両端部に形成された封止部２２、２２に封着された金属箔導体２３、２３に接続されている。金属箔導体２３、２３は厚さ３０μｍ、幅３ｍｍ程度のモリブデン箔からなり、一方の金属箔導体２３は図示しない外部リ−ド線を介して端部に被着された口金２４に電気的に接続されており、他方の金属箔導体２３は外部リ−ド線２５に接続されている。
【００３９】
上記発光管２０には、発光金属として金属ハロゲン化物が封入されているとともに、緩衝金属として水銀が封入されており、かつアルゴン等の希ガスが封入されている。
【００４０】
上記金属ハロゲン化物は、ジスプロシウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、ホルミウムＨｏ、ツリウムＴｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、インジウムＩｎ、タリウムＴｌ、ガリウムＧａ、亜鉛Ｚｎ、カドミウムＣｄの中から選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物と、セシウムＣｓのハロゲン化物とを含んでいる。
【００４１】
Ｄｙ，Ｎｄ，Ｈｏ，Ｔｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物はヨウ化物および臭化物であり、具体的には、ＤｙＩ３ が０．２５ｍｇ、ＤｙＢｒ３ が１．０ｍｇ，ＮｄＢｒ３ が０．２ｍｇである。Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｄの中から選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物もヨウ化物および臭化物であり、具体的には、ＩｎＢｒが０．４４ｍｇである。また、セシウムＣｓのハロゲン化物はＣｓＩであり、０．１ｍｇ封入されている。
【００４２】
上記金属ハロゲン化物の総封入量は約２．０ｍｇであり、これに対し水銀Ｈｇは３４ｍｇ封入されており、Ａｒは５００Ｔｏｒｒ封入されている。
上記発光管２０には、陰極２１ｂ側の外表面に保温被膜２８が形成されている。保温被膜２８は、例えばアルミナＡｌ２ Ｏ３ やシリカＳｉＯ２ などからなり、発光管２０の外面に所定領域に亘り塗布して形成されている。この保温被膜２８は、一端が陰極側封止部２２の少なくとも一部を覆うとともに、他端は陰極２１ｂの突出方向に沿う所定範囲を覆い、この保温被膜２８の他端の境界は、上記陰極の基端から陰極２１ｂが突出している方向に向かって寸法Ｍ（ｍｍ）となっており、この境界Ｍは陰極２１ｂが放電空間内へ突出する長さＨｃ （ｍｍ）に対し、
０．５≦Ｍ／Ｈｃ ≦１．０ …（２）
とされている。具体的にはＭ＝３．６ｍｍとされている。
【００４３】
このようなショートアークメタルハライドランプ１は、リフレクタ３に取り付けられて投光装置５０を構成している。リフレクタ３はガラスまたは金属からなり、回転曲面の内面に反射特性に優れたＴｉＯ２ −ＳｉＯ２ などの蒸着膜からなる反射面３１を有している。このリフレクタ３の前面投光部、つまり開口部は径が９０〜１３０ｍｍ程度に形成されており、背部の頂部には支持筒部３２が設けられている。この支持筒部３２には上記ランプ１の口金２４部分が、絶縁セメント等の接着剤３３により固着されている。これにより、ランプ１の一対の電極２１ａ，２１ｂを結ぶ線（ランプ軸）Ｏ１ −Ｏ１ が、リフレクタ３の中心軸、つまり光学的軸Ｏ２ −Ｏ２ と略一致するようにしてこのランプ１がリフレクタ３に取着されている。光学的軸Ｏ２ −Ｏ２ は略水平に設置されるようになっており、よってランプ１は水平点灯される。
【００４４】
そして、リフレクタ３に取り付けられた上記ランプ１は、発光管２０の陽極２１ａ側がリフレクタ３の支持筒部３２側に位置されているとともに、陰極２１ｂ側がリフレクタ３の前面開口部側に位置するように取り付けられている。
【００４５】
このような組付け状態においては、発光管２０に形成した保温被膜２８は、図１に示すように、陰極２１ｂの先端と上記レフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃ上に存在しないようになっており、すなわち、保温被膜２８は、陰極２１ｂの先端と上記レフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃから前方の範囲に形成されている。
【００４６】
なお、リフレクタ３には導入孔３４が形成され、この導入孔３４に前記ランプ１の陰極２１ｂに接続された外部リ−ド線２５が貫通して背面側に導かれている。
【００４７】
このようなランプ１は、口金２４と外部リード線２５が交流・直流変換器などからなる電源手段４０に接続されて点灯装置を構成している。この電源手段４０は、ランプに１００Ｗ〜４００Ｗの直流電力を投入することにより、ランプを管壁負荷が３０〜１００Ｗ／ｃｍ２ 程度の大きな負荷条件で点灯させるようになっており、上記ランプ１は、定格入力２５０Ｗであり、発光管の内表面積が５．０ｃｍ２ であるから、管壁負荷は５０Ｗ／ｃｍ２ 程度になる。
【００４８】
上記投光装置５０は、例えば図３に示すようなカラープロジェクタ装置に用いられる。図３の６１はカラープロジェクタ装置の本体となるハウジングであり、このハウジング６１内には、上記投光装置５０と、液晶表示パネル６２と、レンズなどの光学系６３が設けられているとともに、上記交流・直流変換器などからなる電源手段４０および液晶駆動装置６４が設けられている。電源手段４０および液晶駆動装置６４は商用電源６５に接続されている。
【００４９】
電源手段４０からの電源供給によりランプ１が点灯すると、ランプ１から出た光はリフレクタ３により反射されて液晶表示パネル６２を照射する。液晶表示パネル６２には各画素に対応して図示しないＲＧＢのカラーフィルタを備えており、このカラーフィルタが上記液晶駆動装置６４により制御されるようになっている。液晶表示パネル６２を透過した光はこのカラーフィルタによりＲＧＢのいずれかに選択され、この光がレンズなどの光学系６３で集光されてスクリーン６６に投影される。したがって、スクリーン６６上には液晶表示パネル６２で制御された画像のカラー映像が写し出されるようになる。
【００５０】
このような構成のメタルハライドランプにおいては、陽極２１ａと陰極２１ｂの中心位置Ｐが、放電空間の長径側寸法ａの中心より陰極側に偏位されているから陽極２１ａが放電空間内で相対的に陰極２１ｂ側に寄って取り付けられることになり、よって陽極２１ａから発せられる熱は輻射や伝導により陰極側に伝えられる。また、発光管２０の陰極側の外表面に保温被膜２８を形成したから、この保温被膜２８は発光管２０の陰極側の表面から熱が逃げるのを防止し、よって発光管２０では陰極側の表面の温度上昇が促される。
【００５１】
このため、水平点灯しても発光管２０の温度分布が均等化されるようになる。ゆえに発光管２０に熱歪みが発生することがなく、また放電空間の内面に温度差が生じなくなるので金属ハロゲン化物の蒸発が安定する。
【００５２】
特に、発光物質としてジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物を用いる場合、管壁負荷を高くして管壁温度を高くして点灯しているとともに、発光管の壁に温度差が生じないから、全体として蒸発が促され十分な蒸気圧が得られるようになり、発光効率が良好になる。
【００５３】
また、消灯した場合に陰極側に金属ハロゲン化物が凝集することもなくなり、金属ハロゲン化物が陰極２１ｂを覆うこともなくなり、再始動の場合に電子の放出が良好になり、始動電圧を低くして始動を円滑にする。
【００５４】
そして、陰極２１ｂの放電空間内へ突出する長さをＨｃ （ｍｍ）、放電空間の長径ａとの関係で、（１）式を満足したから、陽極２１ａが陰極側に偏位して設けられることになり、よって陽極２１ａの熱を輻射や伝導により陰極側に伝えられ、気密容器の温度差を小さくすることができる。
【００５５】
さらに、保温被膜２８は一端が陰極側封止部２２の少なくとも一部を覆うとともに他端は陰極２１ｂの突出方向に向かう所定範囲を覆い、この保温被膜２８の他端は上記陰極側放電空間内端部から陰極２１ｂの突出方向に向かう寸法Ｍ（ｍｍ）を、（２）式を満足するようにしたから、保温作用が良好になされ、また保温被膜２８で光を遮断する割合が少なくなる。
上記（１）式および（２）式は、本発明者等の実験により得られた範囲であり、以下実験例について説明する。
【００５６】
【実施例】
［実験１］
前記実施例の定格ランプ電力２５０Ｗのショートアークメタルハライドランプにおいて、陰極２１ｂが放電空間内へ突出する長さＨｃ （ｍｍ）と、放電空間の内端部間距離、すなわち楕円の長径寸法ａ（ｍｍ）とを種々変えて全光束（ｌｍ）を測定した。この場合、保温被膜２８が形成される範囲としてＭ／Ｈｃ が０．８となるように調整した。
【００５７】
その結果を下記表１に示す。表１では全光束が１７５００ｌｍ以上となったものを丸印、それ以下を×印とした。また−印は陽極寸法との関係でランプ化が困難なことを示す。
【００５８】
【表１】
【００５９】
上記表１から、全光束が１７５００ｌｍ以上となるのは、
０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４ …（１）
である。すなわち、Ｈｃ ／ａの値が０．２未満であると、陽極２１ａが陰極側に偏り過ぎてむしろ陰極側の発光管温度が高くなり、よって温度差により金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。Ｈｃ ／ａの値がさらに小さくなると製造が困難である。また、Ｈｃ ／ａの値が０．４を越えると、陽極２１ａの偏りが少なくなるため陽極側発光管の温度が高くなる。よってこの場合も発光管２０に生じる温度差のため金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。
【００６０】
このため、前記（１）式を満足するとよい。
［実験２］
前記実施例の定格ランプ電力２５０Ｗのショートアークメタルハライドランプにおいて、陰極２１ｂが放電空間内へ突出する長さＨｃ （ｍｍ）と、保温被膜２８が形成される範囲、つまり保温被膜の他端の位置Ｍを変えて、全光束（ｌｍ）およびスクリーン６６上の照度むら（ばらつき）を測定した。
【００６１】
その結果を下記表２に示す。表２では各欄の右欄に全光束が１７５００ｌｍ以上となったものを丸印、それ以下を×印とし、また左欄にスクリーン上の照度むらがないものを丸印、照度むらが見られるものを×印として表した。
【００６２】
【表２】
【００６３】
上記表２から、全光束が１７５００ｌｍ以上となり、かつスクリーン上の照度むらのないものは、
０．５≦Ｍ／Ｈｃ ≦１．０ …（２）
である。すなわち、Ｍ／Ｈｃ の値が０．５未満であると、保温被膜２８の保温作用が不足し、発光管に温度差が生じ、よって金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。
【００６４】
また、Ｍ／Ｈｃ の値が１．０を越えると、発光管２０から放出される光を保温被膜２８が遮るようになり、発光量が少なくなるとともに、リフレクタ３で反射されてスクリーン６６上の照度むら（ばらつき）が発生する。このため、前記（２）式を満足すればよい。
【００６５】
そして、（１）式と（２）式を同時に満足すれば、所定の全光束が得られるとともに、プロジェクタ等に組み込んだ場合にスクリーン上の照度むらを解消することができ、かつ長期に点灯しても所定レベルの照度を維持することができ、ランプの破損等の不具合も生じない。
【００６６】
上記構造のショートアークメタルハライドランプ１は、電極間距離が１０ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ〜７ｍｍの範囲に設定されるから、アーク長が短くなり、このことも点光源に近づけることができる大きな要因である。
【００６７】
また、上記ランプ１は、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２ 以上の高負荷で点灯されるから、発光量が多くなり、投光装置５０として照射量が増すとともに、カラープロジェクタ装置としてスクリーン６６の輝度が向上する。
【００６８】
そしてまた、ランプ１は直流点灯されるので、カタホリシス現象により点灯中に金属ハロゲン化物と水銀とが、陽極と陰極とに分離されるようになり、よってハロゲン化物がバルブ壁に付着し難くなる。このため失透を防止することができ、寿命特性が向上する。
【００６９】
さらに、上記ランプ１は水平点灯されるから、陽極側と陰極側で温度差を生じ易いが、上記の構成を採用すれば、水平点灯であっても発光管の温度差を小さくすることができる。
【００７０】
そして、上記実施例の投光装置５０は、光源としてのメタルハライドランプ１が点光源に近く高輝度で点灯されるから、リフレクタ３による反射制御が容易になり、集光率を高めることができる。
【００７１】
リフレクタ３に取り付けられた上記ランプ１は、その組付け状態において、発光管２０に形成した保温被膜２８が、図１に示すように、陰極２１ｂの先端と上記レフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃ上に存在しないようになっており、保温被膜２８は、陰極２１ｂの先端と上記リフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃから前方の範囲に形成されている。このため、発光管２０からレフレクタ３に向かう光の放射面積が大きくなり、リフレクタ３にて反射される光量が増加する。すなわち、保温被膜２８が陰極２１ｂの先端と上記リフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃを横切るように形成されていると、保温被膜２８の遮光作用のために発光管２０からリフレクタ３に向かう光の放射面積が小さくなり、リフレクタ３にて反射される光量が減少する結果、スクリーン６６の照度が低下する。これに対し、保温被膜２８を、陰極２１ｂの先端と上記リフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃよりも前方位置の範囲に形成すれば、保温被膜２８の遮光作用が少なくなり、スクリーン６６の照度を高くすることができる。
さらに、本実施例のカラープロジェクタ装置によれば、スクリーン６６面の輝度を高めることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、電極間の中心位置が陰極側に偏位されるから、陽極が相対的に陰極寄りに取り付けられることになり、よって陽極の熱が輻射や伝導により陰極側に伝えられる。また、陰極側の気密容器外面に保温被膜を設けたから、この保温被膜が陰極の温度上昇を助ける。したがって、気密容器においては陽極側と陰極側の温度差が少なくなる。このため金属ハロゲン化物の蒸発が安定になり、発光特性が良好になる。
さらに、保温被膜の領域を、０．５≦Ｍ／Ｌ c ≦１．０にしたから保温作用が良好になされ、また保温被膜で光を遮断する割合が少なくなる。
【００７３】
また、請求項２の発明によれば、０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４としたから、陽極が陰極側に偏位して設けられることになり、よって陽極の熱が輻射や伝導により陰極側に伝えられ、気密容器の温度差が少なくなる。
【００７５】
請求項３の発明によれば、管壁負荷が３０Ｗ／cm2 以上で点灯されるから管壁の温度が高くなり、発光金属の蒸発を促して発光効率が良くなる。
請求項４の発明によれば、上記ランプが水平点灯されるから、陽極側と陰極側で温度差を生じ易いが、請求項１あるいは請求項２に記載の発明を採用すれば、水平点灯であっても温度差を小さくすることができる。
【００７６】
請求項５の発明によれば、金属ハロゲン化物として、少なくともジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物を用いたから管壁負荷を高くして点灯すれば、高効率および高演色が実現できる。
【００７７】
請求項６の発明によれば、上記ランプの特性を生かした点灯装置を提供することができる。
請求項７の発明によれば、光源としてのメタルハライドランプが高輝度で点光源に近いからリフレクタによる反射制御が容易になり、集光率を高めることができる。しかも、陽極がリフレクタの頂部側に配置されるとともに、陰極がリフレクタの開口部側に配置されるから、陰極側から発せられる輝度の高い光をリフレクタの反射面で効果的に反射することができ、投光効率が良くなる。
【００７８】
請求項８の発明によれば、保温被膜が陰極の先端と上記レフレクタの有効反射面の最外郭線とを結ぶ線上に存在しないから、気密容器の放電空間からレフレクタの有効反射面に発せられる光を保温被膜が遮断せず、よって投光効率が良くなる。
請求項９の発明によれば、請求項７または請求項８の投光装置を用いるのでスクリーン面の輝度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】メタルハライドランプとリフレクタとからなる投光装置および点灯装置の構成を示す断面図。
【図２】同実施例のメタルハライドランプの発光管を拡大して示す図。
【図３】カラー液晶プロジェクタの原理を示す説明図。
【符号の説明】
１…メタルハライドランプ
３…リフレクタ
２０…発光管
２１ａ…陽極 ２１ｂ…陰極
２１ａａ…陽極主体部
２１ａｂ…陽極側の電極軸
２２…封止部 ２３…金属箔導体
２４…口金 ２５…外部リ−ド線
２８…保温被膜
３１…反射面
４０…直流電源手段
５０…投光装置
６２…液晶表示パネル
６３…光学系
６４…液晶駆動装置
６６…スクリーン
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流点灯されるメタルハライドランプとそのランプの点灯装置およびこのランプを光源とした投光装置ならびにプロジェクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ショートア−クメタルハライドランプは、例えばカラー液晶プロジェクタ装置における投光装置用の光源として使用されている。カラー液晶プロジェクタ装置は、光源であるランプとこのランプから放射された光を反射するリフレクタとで投光装置が構成されており、この投光装置から投射された光が液晶表示パネルに照射し、この液晶表示パネルを透過した光が光学系により制御されてスクリーン面に投影されるようになっている。この場合、液晶表示パネルは各画素に対応してＲＧＢのカラーフィルタを備えており、液晶表示パネルを透過する光はこのカラーフィルタによりＲＧＢのいずれかに選択され、したがってＲＧＢのカラー光線がスクリーン面に投射されることから、スクリーン面には液晶表示パネルで制御された画像のカラー映像が写し出されることになる。
【０００３】
このようなカラー液晶プロジェクタ装置の光源としては、光学系における制御の容易さから点光源に近いことが望まれ、しかも低電力の割りには大光量が得られて豊富な光を放出し、加えて赤、青、緑の成分を効率よく放射し、さらには熱の発生が少ない等の条件を満足し得るランプが必要である。このような条件を満たすランプとして、ショートアークメタルハライドランプが好適する。
【０００４】
ショートアークメタルハライドランプは、石英ガラスからなる発光管の両端に電極を設けるとともに、この発光管の内部に、発光金属として金属ハロゲン化物と、緩衝金属としての水銀およびアルゴン等の希ガスを封入してある。このようなランプは、電極間距離Ｌが１０ｍｍ以下、好ましくは３〜７ｍｍとされており、これら電極間に発生するアーク放電が短いことからショートアークタイプと称されている。そして、点灯中は１００Ｗ〜４００Ｗの電力により管壁負荷（入力電力Ｗを発光管の内表面積で除した値）が３０〜１００Ｗ／ｃｍ２ 程度の大きな負荷条件で使用される。
【０００５】
したがって、このようなメタルハライドランプであればアークが短いことから点光源に近くなり、しかも低電力の割りには大光量を得ることができる。
また、この種のショートアークメタルハライドランプに封入される金属ハロゲン化物としては、ジスプロシウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、ホルミウムＨｏ、ツリウムＴｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、インジウムＩｎ、タリウムＴｌ、ガリウムＧａ、亜鉛Ｚｎ、カドミウムＣｄから選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物とが選択して使用されている。
【０００６】
ジスプロシウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、ホルミウムＨｏ、ツリウムＴｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物は、可視光全般に亘る連続スペクトルの光出力を発するので、演色性の向上に有効であり、またインジウムＩｎ、タリウムＴｌ、ガリウムＧａ、亜鉛Ｚｎ、カドミウムＣｄから選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物は、光の３原色であるＲＧＢのそれぞれ波長域にピーク波長を有し、これらＲＧＢの光を効率よく放射するのに適している。
【０００７】
しかしながら、このようなメタルハライドランプは、特に希土類金属が石英と反応して失透を生じ易く、特に管壁負荷が高い状態で点灯すると石英と希土類金属の反応が促進されて早期に光束が低下するという問題がある。これを解消するため、最近のショートアークメタルハライドランプは直流点灯するようにしている。
【０００８】
メタルハライドランプを直流点灯すると、放電空間内でイオン化された金属ハロゲン化物のうちの希土類金属を主とする陰イオンが陽極に引かれるとともに陽イオンおよび水銀が陰極に引かれ、いわゆるカタホリシス現象により陰イオンと陽イオンに分離される。このため、希土類金属を主とする陰イオンが陽極に引かれて石英壁の付近に存在するのが抑制され、よって希土類金属と石英との反応が抑止されて早期失透を防止し、光束維持率が向上するようになる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような直流点灯形のショートアークメタルハライドランプは、点灯中に陽極となる電極に熱電子が衝突するため陽極の温度が高くなり、陽極の温度が過度に上昇すると徐々に浸蝕されて変形するなどの問題がある。これを防止するため、通常、陽極を陰極に比べて大形にしてある。しかし、ショートアークメタルハライドランプは放電空間が小さいため陽極を大形化するには限度があり、このため陽極の温度が陰極に比べて高くる傾向にある。この陽極の熱はこの陽極が封止された方の封止部に輻射熱および伝導熱として伝わり、発光管全体では陽極側の発光管壁が陰極側に比べて温度上昇し、よって全体として温度差が発生する。
【００１０】
発光管壁に温度差が発生すると、熱歪みの発生が心配されるばかりでなく、放電空間の内面に温度差が生じるので金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、発光特性に影響を及ぼすなどの不具合が心配される。
【００１１】
特に、発光物質としてジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物を用いる場合は、この種の希土類金属ハロゲン化物は蒸気圧を十分に高くする必要があり、よって最冷部温度を高くするように配慮されている。その手段の１つとして、管壁負荷を高くして管壁温度を高くして点灯している。しかし、発光管壁に温度差が生じると、最冷部が発生し、しかもこの最冷部の温度が上昇せずに十分な蒸気圧が得られなくなることがあり、発光効率がばらつくなどの不具合がある。
【００１２】
また、陰極側の温度が低くなると、消灯した場合に金属ハロゲン化物が最冷部に凝集することによる陰極を覆うようになり、再始動の場合に電子の放出を妨げて始動電圧を高くしたり、陰極の根元で放電を起こすなどの不具合も心配される。
【００１３】
本発明はこのような事情にもとづきなされたもので、その目的とするところは、気密容器に温度差が生じないようにし、安定した発光特性が得られるメタルハライドランプとその点灯装置および投光装置ならびにプロジェクタ装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、電極間距離が１０mm以下で点灯されるメタルハライドランプにおいて、上記電極間の中心位置が、これら電極が対向された方向の放電空間の内端部の間の中心より陰極側に偏位されるとともに、上記気密容器の上記陰極側の外表面に保温被膜を形成し、この保温被膜は、一端が陰極側封止部の少なくとも一部を覆うとともに他端は陰極の突出方向に沿って気密容器の所定範囲を覆い、この保温被膜の他端は上記陰極の基端部から陰極の突出方向に沿う寸法Ｍ（ mm ）が、０．５≦Ｍ／Ｈ c ≦１．０であることを特徴とする。
【００１５】
請求項１の発明によれば、電極間の中心位置が陰極側に偏位されるから、陽極が相対的に陰極寄りに取り付けられることになり、よって陽極の熱が輻射や伝導により陰極側に伝えられる。また、陰極側の気密容器外面に保温被膜を設けたから、この保温被膜が陰極の温度上昇を助ける。したがって、気密容器においては陽極側と陰極側の温度差が少なくなる。このため金属ハロゲン化物の蒸発が安定になり、発光特性が良好になる。
また、保温被膜が、陰極の基端部から陰極の突出方向に沿う高さＭ（ mm ）を、０．５≦Ｍ／Ｌ c ≦１．０にしたから保温作用が良好になされ、また保温被膜で光を遮断する割合が少なくなる。
すなわち、Ｍ／Ｌ c が０．５未満であると、保温被膜を形成する領域が狭くて保温作用が期待できず、またＭ／Ｌ c が１．０を越えると保温被膜の領域が大きくなり過ぎ放電空間から発せられる光を大きく遮断して発光量が低下する。
【００１６】
請求項２の発明は、陰極が放電空間内へ突出する長さをＨｃ （ｍｍ）、上記電極が対向された方向の放電空間の内端部間の距離をａ（ｍｍ）とした場合、
０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４ としたことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプである。
【００１７】
請求項２に記載の発明によれば、陰極の突出長さＨｃ （ｍｍ）と電極が対向された方向の放電空間の内端部間の距離ａ（ｍｍ）との関係を、 ０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４としたから、陽極が陰極側に偏位して設けられることになり、よって陽極の熱が輻射や伝導により陰極側に伝えられ、気密容器の温度差が少なくなる。
【００１８】
Ｈｃ ／ａの値が０．２未満であると陽極が陰極側に偏り過ぎてむしろ陰極側の発光管温度が高くなり、よって温度差により金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。また、Ｈｃ ／ａの値が０．４を越えると、陽極の偏りが少なくなるため陽極側発光管の温度が高くなる。よってこの場合も発光管に生じる温度差のため金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。
【００２２】
請求項３の発明は、管壁負荷が３０Ｗ／cm2 以上で点灯されることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のメタルハライドランプである。
請求項３の発明によれば、管壁負荷が３０Ｗ／cm2 以上で点灯されるから管壁の温度が高くなり、発光金属の蒸発を促して発光効率が良くなる。
【００２３】
請求項４の発明は、一対の電極を結ぶ線が略水平となるように点灯されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載のメタルハライドランプである。
【００２４】
請求項４の発明によれば、上記ランプが水平点灯されるから、陽極側と陰極側で温度差を生じ易いが、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の発明を採用すれば、水平点灯であっても温度差を小さくすることができる。
【００２５】
請求項５の発明は、金属ハロゲン化物が少なくともジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載のメタルハライドランプである。
【００２６】
請求項５の発明によれば、金属ハロゲン化物として、少なくともジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物を用いたから管壁負荷を高くして点灯すれば、高効率および高演色が実現できる。
【００２７】
請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一に記載のメタルハライドランプと；このメタルハライドランプを直流点灯させる点灯手段と；を備えたことを特徴とする点灯装置である。
【００２８】
請求項６の発明によれば、上記ランプの特性を生かした点灯装置を提供することができる。
請求項７の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか一に記載のメタルハライドランプと；上記メタルハライドランプが収容され、このランプから放射される光が反射されるリフレクタと；を具備し、上記メタルハライドランプはランプ軸がリフレクタの光軸に沿うように配置されるとともに、陽極がリフレクタの頂部側に配置されるとともに、陰極がリフレクタの開口部側に配置されたことを特徴とする投光装置である。
【００２９】
請求項７の発明によれば、光源としてのメタルハライドランプが高輝度で点光源に近いからリフレクタによる反射制御が容易になり、集光率を高めることができる。しかも、陽極がリフレクタの頂部側に配置されるとともに、陰極がリフレクタの開口部側に配置されるから、陰極側から発せられる輝度の高い光をリフレクタの反射面で効果的に反射することができ、投光効率が良くなる。
【００３０】
請求項８の発明は、保温被膜が陰極の先端と上記レフレクタの有効反射面の最外郭線とを結ぶ線上に存在しないことを特徴とする請求項７に記載の投光装置である。
【００３１】
請求項８の発明によれば、保温被膜が陰極の先端と上記レフレクタの有効反射面の最外郭線とを結ぶ線上に存在しないから、気密容器の放電空間からレフレクタの有効反射面に発せられる光を保温被膜が遮断せず、よって投光効率が良くなる。
【００３２】
請求項９の発明は、請求項７または請求項８に記載の投光装置と；この投光装置から照射される光で投影される表示装置と；を含むことを特徴とするプロジェクタ装置である。
請求項９の発明によれば、請求項７または請求項８の投光装置を用いるのでスクリーン面の輝度を高めることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下本発明について、図面に示す一実施例にもとづき説明する。
図１は、ショートアークメタルハライドランプ１とリフレクタ３とを組み合わせた投光装置５０の構造を示す。
【００３４】
上記ショートアークメタルハライドランプ１は定格ランプ電力２５０Ｗであり、石英ガラスからなる気密容器、つまり発光管２０を備えている。この発光管２０は楕円形の放電空間を有している。すなわち、発光管２０は肉厚が１．２ｍｍ、放電空間の長径ａ（電極が対向された方向の内端部間の距離）がほぼ１４．０ｍｍ、短径ｂがほぼ１２ｍｍ程度とされており、放電空間の内表面はほぼ５．０ｃｍ２ 、内容積がほぼ０．９ｃｃとなっている。この放電空間には一対の電極２１ａ、２１ｂが設けられている。これら電極２１ａ、２１ｂはそれぞれ陽極２１ａおよび陰極２１ｂであり、これら陽極２１ａと陰極２１ｂは、これらの電極間距離Ｌが１０ｍｍ以下、例えば３．０ｍｍとなるように対設されている。
【００３５】
陽極２１ａは先端部に大形の電極主体部２１ａａを備え、この電極主体部２１ａａに連続して電極軸部２１ａｂを有している。電極主体部２１ａａは線径２．３ｍｍ、長さ６．０ｍｍ程度のタングステンからなり、電極軸部２１ａｂは上記電極主体部２１ａａと一体に形成され線径が１．１ｍｍ程度になっている。なお、この陽極２１ａの放電空間への突出長さは、６．５ｍｍとされている。
【００３６】
陰極２１ｂは直線状のタングステンワイヤからなり、線径が例えば０．７ｍｍとされている。この陰極２１ｂが放電空間内へ突出する長さＨｃ （ｍｍ）は、これら一対の電極２１ａ、２１ｂが対向された方向の放電空間の内端部間距離、すなわち楕円の長径寸法ａ（ｍｍ）との関係を、
０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４ …（１）
とされており、本実施例ではＨｃ （ｍｍ）が４．５ｍｍとされている。
【００３７】
以上のことから、これら電極２１ａ、２１ｂ間の中心位置Ｐは、これら電極２１ａ、２１ｂが対向された方向の放電空間の内端部間距離、すなわち楕円の長径ａの中心よりも陰極２１ｂ側に偏位されている。
【００３８】
上記電極２１ａ，２１ｂは、発光管２０の両端部に形成された封止部２２、２２に封着された金属箔導体２３、２３に接続されている。金属箔導体２３、２３は厚さ３０μｍ、幅３ｍｍ程度のモリブデン箔からなり、一方の金属箔導体２３は図示しない外部リ−ド線を介して端部に被着された口金２４に電気的に接続されており、他方の金属箔導体２３は外部リ−ド線２５に接続されている。
【００３９】
上記発光管２０には、発光金属として金属ハロゲン化物が封入されているとともに、緩衝金属として水銀が封入されており、かつアルゴン等の希ガスが封入されている。
【００４０】
上記金属ハロゲン化物は、ジスプロシウムＤｙ、ネオジウムＮｄ、ホルミウムＨｏ、ツリウムＴｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物と、インジウムＩｎ、タリウムＴｌ、ガリウムＧａ、亜鉛Ｚｎ、カドミウムＣｄの中から選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物と、セシウムＣｓのハロゲン化物とを含んでいる。
【００４１】
Ｄｙ，Ｎｄ，Ｈｏ，Ｔｍの中から選ばれた少なくとも１種の希土類金属のハロゲン化物はヨウ化物および臭化物であり、具体的には、ＤｙＩ３ が０．２５ｍｇ、ＤｙＢｒ３ が１．０ｍｇ，ＮｄＢｒ３ が０．２ｍｇである。Ｉｎ、Ｔｌ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｃｄの中から選ばれた少なくとも１種のハロゲン化物もヨウ化物および臭化物であり、具体的には、ＩｎＢｒが０．４４ｍｇである。また、セシウムＣｓのハロゲン化物はＣｓＩであり、０．１ｍｇ封入されている。
【００４２】
上記金属ハロゲン化物の総封入量は約２．０ｍｇであり、これに対し水銀Ｈｇは３４ｍｇ封入されており、Ａｒは５００Ｔｏｒｒ封入されている。
上記発光管２０には、陰極２１ｂ側の外表面に保温被膜２８が形成されている。保温被膜２８は、例えばアルミナＡｌ２ Ｏ３ やシリカＳｉＯ２ などからなり、発光管２０の外面に所定領域に亘り塗布して形成されている。この保温被膜２８は、一端が陰極側封止部２２の少なくとも一部を覆うとともに、他端は陰極２１ｂの突出方向に沿う所定範囲を覆い、この保温被膜２８の他端の境界は、上記陰極の基端から陰極２１ｂが突出している方向に向かって寸法Ｍ（ｍｍ）となっており、この境界Ｍは陰極２１ｂが放電空間内へ突出する長さＨｃ （ｍｍ）に対し、
０．５≦Ｍ／Ｈｃ ≦１．０ …（２）
とされている。具体的にはＭ＝３．６ｍｍとされている。
【００４３】
このようなショートアークメタルハライドランプ１は、リフレクタ３に取り付けられて投光装置５０を構成している。リフレクタ３はガラスまたは金属からなり、回転曲面の内面に反射特性に優れたＴｉＯ２ −ＳｉＯ２ などの蒸着膜からなる反射面３１を有している。このリフレクタ３の前面投光部、つまり開口部は径が９０〜１３０ｍｍ程度に形成されており、背部の頂部には支持筒部３２が設けられている。この支持筒部３２には上記ランプ１の口金２４部分が、絶縁セメント等の接着剤３３により固着されている。これにより、ランプ１の一対の電極２１ａ，２１ｂを結ぶ線（ランプ軸）Ｏ１ −Ｏ１ が、リフレクタ３の中心軸、つまり光学的軸Ｏ２ −Ｏ２ と略一致するようにしてこのランプ１がリフレクタ３に取着されている。光学的軸Ｏ２ −Ｏ２ は略水平に設置されるようになっており、よってランプ１は水平点灯される。
【００４４】
そして、リフレクタ３に取り付けられた上記ランプ１は、発光管２０の陽極２１ａ側がリフレクタ３の支持筒部３２側に位置されているとともに、陰極２１ｂ側がリフレクタ３の前面開口部側に位置するように取り付けられている。
【００４５】
このような組付け状態においては、発光管２０に形成した保温被膜２８は、図１に示すように、陰極２１ｂの先端と上記レフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃ上に存在しないようになっており、すなわち、保温被膜２８は、陰極２１ｂの先端と上記レフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃから前方の範囲に形成されている。
【００４６】
なお、リフレクタ３には導入孔３４が形成され、この導入孔３４に前記ランプ１の陰極２１ｂに接続された外部リ−ド線２５が貫通して背面側に導かれている。
【００４７】
このようなランプ１は、口金２４と外部リード線２５が交流・直流変換器などからなる電源手段４０に接続されて点灯装置を構成している。この電源手段４０は、ランプに１００Ｗ〜４００Ｗの直流電力を投入することにより、ランプを管壁負荷が３０〜１００Ｗ／ｃｍ２ 程度の大きな負荷条件で点灯させるようになっており、上記ランプ１は、定格入力２５０Ｗであり、発光管の内表面積が５．０ｃｍ２ であるから、管壁負荷は５０Ｗ／ｃｍ２ 程度になる。
【００４８】
上記投光装置５０は、例えば図３に示すようなカラープロジェクタ装置に用いられる。図３の６１はカラープロジェクタ装置の本体となるハウジングであり、このハウジング６１内には、上記投光装置５０と、液晶表示パネル６２と、レンズなどの光学系６３が設けられているとともに、上記交流・直流変換器などからなる電源手段４０および液晶駆動装置６４が設けられている。電源手段４０および液晶駆動装置６４は商用電源６５に接続されている。
【００４９】
電源手段４０からの電源供給によりランプ１が点灯すると、ランプ１から出た光はリフレクタ３により反射されて液晶表示パネル６２を照射する。液晶表示パネル６２には各画素に対応して図示しないＲＧＢのカラーフィルタを備えており、このカラーフィルタが上記液晶駆動装置６４により制御されるようになっている。液晶表示パネル６２を透過した光はこのカラーフィルタによりＲＧＢのいずれかに選択され、この光がレンズなどの光学系６３で集光されてスクリーン６６に投影される。したがって、スクリーン６６上には液晶表示パネル６２で制御された画像のカラー映像が写し出されるようになる。
【００５０】
このような構成のメタルハライドランプにおいては、陽極２１ａと陰極２１ｂの中心位置Ｐが、放電空間の長径側寸法ａの中心より陰極側に偏位されているから陽極２１ａが放電空間内で相対的に陰極２１ｂ側に寄って取り付けられることになり、よって陽極２１ａから発せられる熱は輻射や伝導により陰極側に伝えられる。また、発光管２０の陰極側の外表面に保温被膜２８を形成したから、この保温被膜２８は発光管２０の陰極側の表面から熱が逃げるのを防止し、よって発光管２０では陰極側の表面の温度上昇が促される。
【００５１】
このため、水平点灯しても発光管２０の温度分布が均等化されるようになる。ゆえに発光管２０に熱歪みが発生することがなく、また放電空間の内面に温度差が生じなくなるので金属ハロゲン化物の蒸発が安定する。
【００５２】
特に、発光物質としてジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物を用いる場合、管壁負荷を高くして管壁温度を高くして点灯しているとともに、発光管の壁に温度差が生じないから、全体として蒸発が促され十分な蒸気圧が得られるようになり、発光効率が良好になる。
【００５３】
また、消灯した場合に陰極側に金属ハロゲン化物が凝集することもなくなり、金属ハロゲン化物が陰極２１ｂを覆うこともなくなり、再始動の場合に電子の放出が良好になり、始動電圧を低くして始動を円滑にする。
【００５４】
そして、陰極２１ｂの放電空間内へ突出する長さをＨｃ （ｍｍ）、放電空間の長径ａとの関係で、（１）式を満足したから、陽極２１ａが陰極側に偏位して設けられることになり、よって陽極２１ａの熱を輻射や伝導により陰極側に伝えられ、気密容器の温度差を小さくすることができる。
【００５５】
さらに、保温被膜２８は一端が陰極側封止部２２の少なくとも一部を覆うとともに他端は陰極２１ｂの突出方向に向かう所定範囲を覆い、この保温被膜２８の他端は上記陰極側放電空間内端部から陰極２１ｂの突出方向に向かう寸法Ｍ（ｍｍ）を、（２）式を満足するようにしたから、保温作用が良好になされ、また保温被膜２８で光を遮断する割合が少なくなる。
上記（１）式および（２）式は、本発明者等の実験により得られた範囲であり、以下実験例について説明する。
【００５６】
【実施例】
［実験１］
前記実施例の定格ランプ電力２５０Ｗのショートアークメタルハライドランプにおいて、陰極２１ｂが放電空間内へ突出する長さＨｃ （ｍｍ）と、放電空間の内端部間距離、すなわち楕円の長径寸法ａ（ｍｍ）とを種々変えて全光束（ｌｍ）を測定した。この場合、保温被膜２８が形成される範囲としてＭ／Ｈｃ が０．８となるように調整した。
【００５７】
その結果を下記表１に示す。表１では全光束が１７５００ｌｍ以上となったものを丸印、それ以下を×印とした。また−印は陽極寸法との関係でランプ化が困難なことを示す。
【００５８】
【表１】
上記表１から、全光束が１７５００ｌｍ以上となるのは、
０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４ …（１）
である。すなわち、Ｈｃ ／ａの値が０．２未満であると、陽極２１ａが陰極側に偏り過ぎてむしろ陰極側の発光管温度が高くなり、よって温度差により金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。Ｈｃ ／ａの値がさらに小さくなると製造が困難である。また、Ｈｃ ／ａの値が０．４を越えると、陽極２１ａの偏りが少なくなるため陽極側発光管の温度が高くなる。よってこの場合も発光管２０に生じる温度差のため金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。
【００６０】
このため、前記（１）式を満足するとよい。
［実験２］
前記実施例の定格ランプ電力２５０Ｗのショートアークメタルハライドランプにおいて、陰極２１ｂが放電空間内へ突出する長さＨｃ （ｍｍ）と、保温被膜２８が形成される範囲、つまり保温被膜の他端の位置Ｍを変えて、全光束（ｌｍ）およびスクリーン６６上の照度むら（ばらつき）を測定した。
【００６１】
その結果を下記表２に示す。表２では各欄の右欄に全光束が１７５００ｌｍ以上となったものを丸印、それ以下を×印とし、また左欄にスクリーン上の照度むらがないものを丸印、照度むらが見られるものを×印として表した。
【００６２】
【表２】
上記表２から、全光束が１７５００ｌｍ以上となり、かつスクリーン上の照度むらのないものは、
０．５≦Ｍ／Ｈｃ ≦１．０ …（２）
である。すなわち、Ｍ／Ｈｃ の値が０．５未満であると、保温被膜２８の保温作用が不足し、発光管に温度差が生じ、よって金属ハロゲン化物の蒸発が不安定になり、蒸気圧が十分に上昇せず、発光効率が低下し、この結果光束が低下する。
【００６４】
また、Ｍ／Ｈｃ の値が１．０を越えると、発光管２０から放出される光を保温被膜２８が遮るようになり、発光量が少なくなるとともに、リフレクタ３で反射されてスクリーン６６上の照度むら（ばらつき）が発生する。このため、前記（２）式を満足すればよい。
【００６５】
そして、（１）式と（２）式を同時に満足すれば、所定の全光束が得られるとともに、プロジェクタ等に組み込んだ場合にスクリーン上の照度むらを解消することができ、かつ長期に点灯しても所定レベルの照度を維持することができ、ランプの破損等の不具合も生じない。
【００６６】
上記構造のショートアークメタルハライドランプ１は、電極間距離が１０ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ〜７ｍｍの範囲に設定されるから、アーク長が短くなり、このことも点光源に近づけることができる大きな要因である。
【００６７】
また、上記ランプ１は、管壁負荷が３０Ｗ／ｃｍ２ 以上の高負荷で点灯されるから、発光量が多くなり、投光装置５０として照射量が増すとともに、カラープロジェクタ装置としてスクリーン６６の輝度が向上する。
【００６８】
そしてまた、ランプ１は直流点灯されるので、カタホリシス現象により点灯中に金属ハロゲン化物と水銀とが、陽極と陰極とに分離されるようになり、よってハロゲン化物がバルブ壁に付着し難くなる。このため失透を防止することができ、寿命特性が向上する。
【００６９】
さらに、上記ランプ１は水平点灯されるから、陽極側と陰極側で温度差を生じ易いが、上記の構成を採用すれば、水平点灯であっても発光管の温度差を小さくすることができる。
【００７０】
そして、上記実施例の投光装置５０は、光源としてのメタルハライドランプ１が点光源に近く高輝度で点灯されるから、リフレクタ３による反射制御が容易になり、集光率を高めることができる。
【００７１】
リフレクタ３に取り付けられた上記ランプ１は、その組付け状態において、発光管２０に形成した保温被膜２８が、図１に示すように、陰極２１ｂの先端と上記レフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃ上に存在しないようになっており、保温被膜２８は、陰極２１ｂの先端と上記リフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃから前方の範囲に形成されている。このため、発光管２０からレフレクタ３に向かう光の放射面積が大きくなり、リフレクタ３にて反射される光量が増加する。すなわち、保温被膜２８が陰極２１ｂの先端と上記リフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃを横切るように形成されていると、保温被膜２８の遮光作用のために発光管２０からリフレクタ３に向かう光の放射面積が小さくなり、リフレクタ３にて反射される光量が減少する結果、スクリーン６６の照度が低下する。これに対し、保温被膜２８を、陰極２１ｂの先端と上記リフレクタ３の有効反射面の最外郭線とを結ぶ線ｃよりも前方位置の範囲に形成すれば、保温被膜２８の遮光作用が少なくなり、スクリーン６６の照度を高くすることができる。
さらに、本実施例のカラープロジェクタ装置によれば、スクリーン６６面の輝度を高めることができる。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１の発明によれば、電極間の中心位置が陰極側に偏位されるから、陽極が相対的に陰極寄りに取り付けられることになり、よって陽極の熱が輻射や伝導により陰極側に伝えられる。また、陰極側の気密容器外面に保温被膜を設けたから、この保温被膜が陰極の温度上昇を助ける。したがって、気密容器においては陽極側と陰極側の温度差が少なくなる。このため金属ハロゲン化物の蒸発が安定になり、発光特性が良好になる。
さらに、保温被膜の領域を、０．５≦Ｍ／Ｌ c ≦１．０にしたから保温作用が良好になされ、また保温被膜で光を遮断する割合が少なくなる。
【００７３】
また、請求項２の発明によれば、０．２≦Ｈｃ ／ａ≦０．４としたから、陽極が陰極側に偏位して設けられることになり、よって陽極の熱が輻射や伝導により陰極側に伝えられ、気密容器の温度差が少なくなる。
【００７５】
請求項３の発明によれば、管壁負荷が３０Ｗ／cm2 以上で点灯されるから管壁の温度が高くなり、発光金属の蒸発を促して発光効率が良くなる。
請求項４の発明によれば、上記ランプが水平点灯されるから、陽極側と陰極側で温度差を生じ易いが、請求項１あるいは請求項２に記載の発明を採用すれば、水平点灯であっても温度差を小さくすることができる。
【００７６】
請求項５の発明によれば、金属ハロゲン化物として、少なくともジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物を用いたから管壁負荷を高くして点灯すれば、高効率および高演色が実現できる。
【００７７】
請求項６の発明によれば、上記ランプの特性を生かした点灯装置を提供することができる。
請求項７の発明によれば、光源としてのメタルハライドランプが高輝度で点光源に近いからリフレクタによる反射制御が容易になり、集光率を高めることができる。しかも、陽極がリフレクタの頂部側に配置されるとともに、陰極がリフレクタの開口部側に配置されるから、陰極側から発せられる輝度の高い光をリフレクタの反射面で効果的に反射することができ、投光効率が良くなる。
【００７８】
請求項８の発明によれば、保温被膜が陰極の先端と上記レフレクタの有効反射面の最外郭線とを結ぶ線上に存在しないから、気密容器の放電空間からレフレクタの有効反射面に発せられる光を保温被膜が遮断せず、よって投光効率が良くなる。
請求項９の発明によれば、請求項７または請求項８の投光装置を用いるのでスクリーン面の輝度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】メタルハライドランプとリフレクタとからなる投光装置および点灯装置の構成を示す断面図。
【図２】同実施例のメタルハライドランプの発光管を拡大して示す図。
【図３】カラー液晶プロジェクタの原理を示す説明図。
【符号の説明】
１…メタルハライドランプ
３…リフレクタ
２０…発光管
２１ａ…陽極 ２１ｂ…陰極
２１ａａ…陽極主体部
２１ａｂ…陽極側の電極軸
２２…封止部 ２３…金属箔導体
２４…口金 ２５…外部リ−ド線
２８…保温被膜
３１…反射面
４０…直流電源手段
５０…投光装置
６２…液晶表示パネル
６３…光学系
６４…液晶駆動装置
６６…スクリーン
Claims (9)
- 気密容器と；
上記気密容器内に電極間距離を１０mm以下にして対設された陽極および陰極からなる一対の電極と；
上記気密容器に封入された金属ハロゲン化物を含む放電媒体と；
を具備し、
上記電極間の中心位置が、これら電極が対向された方向の放電空間の内端部の間の中心より陰極側に偏位されるとともに、上記気密容器の上記陰極側の外表面に保温被膜を形成し、この保温被膜は、一端が陰極側封止部の少なくとも一部を覆うとともに他端は陰極の突出方向に沿って気密容器の所定範囲を覆い、この保温被膜の他端は上記陰極の基端部から陰極の突出方向に沿う寸法Ｍ（ mm ）が、
０．５≦Ｍ／Ｈ c ≦１．０
であることを特徴とするメタルハライドランプ。 - 上記陰極の放電空間内へ突出する長さをＨc （mm）、上記電極が対向された方向の放電空間の内端部の間の距離をａ（mm）とした場合、
０．２≦Ｈc ／ａ≦０．４
としたことを特徴とする請求項１に記載のメタルハライドランプ。 - 上記ランプは管壁負荷が３０Ｗ／cm2 以上で点灯されることを特徴とする請求項１あるいは請求項２に記載のメタルハライドランプ。
- 上記ランプは一対の電極を結ぶ線が略水平となって点灯されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか一に記載のメタルハライドランプ。
- 金属ハロゲン化物は、少なくともジスプロシウムを含む希土類金属のハロゲン化物であることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一に記載のメタルハライドランプ。
- 請求項１ないし請求項５のいずれか一に記載のメタルハライドランプと；
このメタルハライドランプを直流点灯させる点灯手段と；
を備えたことを特徴とする点灯装置。 - 請求項１ないし請求項５のいずれか一に記載のメタルハライドランプと；
上記メタルハライドランプが収容され、このランプから放射される光が反射されるリフレクタと；
を具備し、
上記メタルハライドランプはランプ軸がリフレクタの光軸に沿うように配置されるとともに、陽極がリフレクタの頂部側に配置されるとともに、陰極がリフレクタの開口部側に配置されていることを特徴とする投光装置。 - 上記メタルハライドランプに形成された保温被膜は、陰極の先端と上記レフレクタの有効反射面の最外郭線とを結ぶ線上に存在しないことを特徴とする請求項７に記載の投光装置。
- 請求項７または請求項８に記載の投光装置と；
この投光装置から照射される光で投影される表示装置と；
を含むことを特徴とするプロジェクタ装置。
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